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高频性能

背景

电路性能的不断提高给测试技术带来了各种挑战。从测试仪器电子元件获得待测试板的清晰准确信号对于高速测试至关重要。夹具接线是造成失真和信号传输路径的主要因素之一。QA 的无线 X Probe 和双头针套消除接线,解决夹具接线的局限性。

范围

为了更好地理解无线接线可能,QA 研究了无线 X Probe 和双头针套与探针的高频性能。利用网络分析仪测量各种探针配置的频率响应特性。双头针套的初始测试采用覆盖 300 KHz 到 3 GHz 频率范围的 RF 网络分析仪。使用覆盖 50 MHz 到 20 GHz 频率范围的较新微波网络分析仪进行后续测试。为了保持一致性,最近测试图插值 50 MHz 以下的数据,并忽略 10 GHz 以上的数据。使用 TDR 示波器查看测试夹具中的信号路径电阻。使用微波网络分析仪的时域转换功能,获得时域电阻信息。

过程

无线测试夹具为传统双头针套产品而制造。此类夹具包含 0.250 [6.35] G-10 针套安装板,0.062 [1.57] G-10 针套隔板,以及两个电子接口板,与带有非导电支脚的针套安装板连接。无线 X Probe 的测试夹具采用多个总厚度 1.562 [39.67] 的 G10 板制造。然后在两个电子接口板之间夹入复合板。在所有夹具中,电子接口板为测试设备提供 SMA 接头,以及铜跟踪以接触各种探针/针套配置。配置包括接地和信号探针的不同间距,多个接地探针和布置以测量串扰,在一对相邻测量探针上“驱动”并“拾取”。

结果

图 A 显示两个 X75 探针在 1.00 [25.4] 中心的频率响应。可能对 IC 包的信号探针到接地探针分离具有代表性。注意,带宽降低到 100 MHz 以下。此响应由信号和接地探针之间的分离决定。在1.00 [25.4] 中心上测试的其他无线探针系列图形有非常类似的性能。在图 B 中,探针位于标称 0.075 [1.91] 中心。在这些更靠近的中心,实现对 400 MHz 以上的 -1dB 频率响应。此改进的原因是探针间隔更密闭,更加接近 50 Ohm 测试环境的电阻。

微波网络分析仪的 TDR 选项能够在长度上的任意点测量传输线路电阻。图 C 显示两个无线 0.075 [1.91] X Probe 在 0.075 [1.91] 中心的电阻。在此 TDR 图中,传输信号的有效上升时间为 50 皮秒,相当于 7 GHz 测试频率。测量的高带宽加大电阻极限值;在较低频率下,电阻差异不太明显。这些高频测量值显示三个明显物理区域:端子,从端子到 X Probe 的传输,以及 X Probe 本身。这些电阻改变由端子和探针的不同直径以及周围钻孔间距导致。分离探针的介电材料性质对于决定传输线路的特征电阻也具有重要作用。

图 D 显示 0.075 [1.91] 中心的三探针串联配置性能,信号探针位于两个接地探针中间。虽然此配置不是始终具有实用性,但 1400 MHz 以上的 -1dB 性能非常出色。图 E 显示相同三探针配置的对应 TDR 图。

传统夹具中的串扰是多个变量的复杂函数:测试信号的特征,所使用接线的长度和类型,接线装饰(或不装饰)的方式,探针本身的相对位置。接线问题是存在无线探针解决方案的原因。用转换器板替换夹具接线能够提供可重复性更佳的可控环境,用于在待测点 (UUT) 和测试电子元件之间布设测试信号。测试信号和探针位置由 UUT 需求决定。有关参考,图 F 显示 0.075 [1.91] 中心的两对 0.075 [1.91] 无线 X Probe 之间的串扰图。

结论

无线探针解决方案能够提供出色的高频性能。信号与接地探针间距和分离探针的介电材质对于决定传输路径的电阻和带宽具有重要作用。通常,更恒定的探针直径和分离探针的一致介电材质可以减少信号路径的电阻变化,提高整体高频性能。用转换器板替换夹具接线方便测试工程师更好地控制到待测点的信号路径的长度和电阻特性。这样可实现更清晰的无失真测试信号和更高性能测试。

X75-25 Series Wireless (1) frequency response
X75-25 Series Wireless (.075) frequency response
X75-25 Series Wireless (075) TDR
X75-25 Series Wireless (075x3) frequency response
X75-25 Series Wireless (075x3) TDR
X75-25 Series Wireless (.075) Cross Talk

.............. 1.00" 中心的两个探针(信号-接地 标称中心的两个探针(信号-基地) 标称中心的三个探针(接地-信号-接地)
无线探针系列 -1dB (MHz)
-3dB (MHz)
-1dB (MHz)
-3dB (MHz)
-1dB (MHz)
-3dB (MHz)
039-25 100 197 481 3850 1550 2145
050-16 81 119 336 2930 2500 3000
050-25 92 185 585 3050 2250 3700
075-25 94 140 222 306 771 2420
100-25 84 125 321 352 771 2320
X31-25 85 165 473 4085 1450 5710
X39-25 87 170 540 4950 740 7550
X50-25 90 178 530 4750 1800 5450
X75-25 92 182 435 630 1450 5600